Расчет вспомогательного оборудования

Расчет испарителя

В дымовых газах содержится смесь N₂ и SO₂, процентным содержанием соответственно 62,6 % и 37,4 %.

Теплоемкость смеси равна:

с_см = с_SO2 ∙ y_SO2 + c_N2 ∙ y_N2, (3.1)

где с_SO2, c_N2 – теплоемкость газов, кДж/(кг∙К); y_SO2, y_N2 – удельное содержание газов в смеси. Подставив значения, получим:

с_см = 0,633 ∙0,374 + 1,05 ∙0,626 = 0,89 кДж/(кг∙К).

Плотность смеси равна:

ρ_см = ρ_SO2 ∙ y_SO2 + ρ_N2 ∙ y_N2 = 1,56 ∙ 0,374 + 0,68 ∙ 0,626 = 1,0 кг/м³. (3.2)

Температура дымовых газов после испарителя:

(3.3)

Температурная схема процесса:

320 → 228

158 → 158

Δt_б = 162 Δt_м = 70

Средняя разность температур: так как Δt_б/Δt_м = 2,31 > 2, то

(3.4)

Δt_ср= (162 - 70 )/ln(162/70 ) = 110 ⁰С.

Тепловая нагрузка определяется по формуле:

Q = [V_т.г. ∙ с_см∙(t_д.г.- t_к)ρ_см]/3600, (3.5)

где V_т.г. – расход технологических газов, м³/час; с_см – теплоемкость смеси, кДж/(кг∙К); t_д.г – температура дымовых газов после испарителя, °С; t_к – температура дымовых газов после экономайзера, °С.

Q = [150000 ∙ 0,89∙(228 - 200)∙1,0]/3600 = 1038 кВт. (3.6)

Примем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи равным К_ор = 60 Вт/(м² ∙ ⁰С). Тогда предварительная поверхность теплообмена:

F = Q/(K×Δt_ср). (3.7)

F = 1038/(0,06 ∙ 110) = 157 м².

Количество трубок:

n = F/(π ∙ d_ср ∙ l). (3.8)

n = 157/(3,14 ∙0,023 ∙2) = 1087 трубок.

Площадь поперечного сечения для прохода газов равна:

S = 0,02 ∙33 ∙2 = 1,32 м². (3.9)

Расчетная скорость технологического газа в межтрубном пространстве:

=V_т.г./(S ∙3600). (3.10)

= 150000/(1,32 ∙ 3600) = 32 м/с.

Критерий Рейнольдса для технологического газа:

. (3.11)

,

где ρ – плотность газа при рабочих условиях, кг/м³; μ – динамический коэффициент вязкости, Па ∙с.

Величину критерия Nu определяем по формуле:

Nu = 0,018 ∙ Eе ∙ Re^0,8. (3.12)

Nu = 0,018 ∙ 1 ∙ 53260^0,8 = 108,7.

Коэффициент теплоотдачи со стороны технологических газов равен:

(3.13)

α_г = (108,7 ∙ 0,0229)/ 0,025 = 99,6 Вт/м² ∙ К.

Расчет экономайзера

Расход воды:

. (3.14)

кг/с.

Коэффициент теплоотдачи для кипящей воды:

(3.15)

где p = 6 атм; q – тепловой поток, Вт.

q = Q/F. (3.16)

q = 1038000/157 = 6611,5 Вт.

Тогда:

Вт/(м² ∙ К). (3.17)

Общий коэффициент теплоотдачи равен:

(3.18)

Принимаем следующие термические сопротивления: со стороны дымовых газов r₁ = 6 ∙ 10^-4 (м² ∙ ⁰С)/Вт; со стороны воды – r₂ = 0,4∙10^-4 (м² ∙ ⁰С)/Вт.

Термическое сопротивление стенки:

(м² ∙ ⁰С)/Вт, (3.19)

где – теплопроводность углеродистой стали.

Вт/(м² ∙ ⁰С).

Уточненная площадь поверхности теплообмена составит:

м². (3.20)

По ГОСТу 15120-79, исходя из площади поверхности теплообмена, принимаем одноходовой кожухотрубчатый теплообменник с диаметром патрубка 700 мм, с диаметром кожуха 800 мм, площадь поверхности теплообмена 135 м², наружный диаметр труб 20 мм с толщиной стенки 2 мм, длина труб 3000 мм.

Расчет вспомогательного оборудования

Для всасывающего и нагнетательного трубопровода примем одинаковую скорость течения воды, равную 1м/с. Тогда диаметр равен:

. (3.21)

м.

Выберем стальную трубу внутренним диаметром 50 мм, толщиной стенки 3,5 мм. Наружный диаметр трубы 0,057 м.

Примем, что коррозия трубопровода незначительна.

Определим критерий Re:

(3.22)

Т.е. режим течения турбулентный. Примем абсолютную шероховатость равной Δ=2·10^{-4 м. Тогда:}

(3.23)

Далее получим

; ; ;

2300<Re<128794

Таким образом, в трубопроводе имеет место смешанное трение, и расчёт λ следует проводить по формуле:

. (3.24)

.

Определим сумму коэффициентов местных сопротивлений.

Для всасывающей линии:

1) ζ=0,5 – вход в трубу (принимаем с острыми краями);

2) ζ=0,15 – задвижка, 2 шт;

3) ζ=0,9 – колено, 2 шт.

Тогда коэффициент местных сопротивлений для всасывающей линии будет равен ζ_в=2,6.

Тогда:

. (3.25)

Па.

Потери напора на всасывающей линии:

(3.26)

м.

Для нагнетательной линии:

1) ζ₁=1 – выход из трубы;

2) ζ=0,9 – колено, 3 шт;

3) ζ=0,15 – задвижка, 2 шт.

Сумма коэффициентов местных сопротивлений в нагнетательной линии составит 4,9.

Тогда

(3.27)

Па.

Потери напора на нагнетательной линии:

. (3.28)

м.

Общие потери напора:

Н_п = Н_вс + Н_н . (3.29)

Н_п = 0,14 + 0,26 = 0,4 м.

Полный напор, развиваемый насосом:

. (3.30)

м.

Полезная мощность насоса:

N = V∙ρ∙g∙H . (3.31)

N = V∙ρ∙g∙H = 0,0021∙998∙9,81∙25,8 = 530 Вт.

Для центробежного насоса средней производительности примем η = η_п∙η_д∙η_н = 0,8. Тогда мощность, потребляемая двигателем насоса:

N_дв = N/ η . (3.32)

N_дв = 530/0,8 = 663 Вт.

С запасом на возможные перегрузки

N_уст = β∙N_дв . (3.33)

N_уст = 1,4∙663 = 928 Вт.

Выбираем центробежный насос марки Х8/30 – СД, для которого при оптимальном режиме работы Q = 8,0 м³/ч, Н = 30 м водного столба, N_н = 4 кВт, частота вращения n = 2900 об/мин, электродвигатель 4А100S2.